ТЕМА 3. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТИПІВ І ОСНОВНИХ ВИДІВ ДЕГРАДАЦІЇ ГРУНТІВ, ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ.

1. Типізація грунтових деградацій.

Складність і неоднозначність типології деградацій ґрунтів пов’язана зі значною кількістю чинників, що їх обумовлюють, а також з великим різноманіттям ґрунтових відмін. Ці обставини створюють проблеми виділення еталонів ґрунтів для класифікаційних і діагностичних ознак, за якими можливо визначити тип і ступінь деградації. На сьогодні немає єдиної думки щодо універсальної класифікації деградацій ґрунту.

І. Крупенніков (2011), пропонуючи концепцію типології небезпечних явищ і процесів у ґрунтах зазначає, що об'єднання усіх видів погіршення їх стану од- ним терміном − "деградація" − є неправомірним, і запропонував вживати цей тер- мін у множині − "деградації" ґрунтів, які об'єднав у 5 типів: хімічні (10 видів), фізичні (8 видів), біологічні (8 видів), профільні (10 видів), географічні і загально біосферні. Ним запропоновано також виявляти деградації, які раніше практично не фіксувалися, наприклад, зсувна деградація, мочариста, радіонуклідна, девертебратна (зменшення чисельності або зникнення в ґрунті хребетних тварин), де- ензіматична (зменшення активності ензимів) та ін. Псування і порушення ґрунту (і ґрунтового покриву) може бути пов'язано також із надходженням на її поверхню сторонніх абіотичних наносів, що погіршує продукційну функцію ґрунту.

Традиційний підхід до проблеми виділення ґрунтово-деградаційних процесів І. Крупенніков оцінює як констатуючий і пропонує весь комплекс проблем (типізацію деградацій, їх оцінку, спряженість, можливість і способи подолання) будувати на двох концепціях і їх поєднанні: елементарних ґрунтових процесів (за І. Герасимовим); біосферно-екологічних функцій ґрунтів (за В. Вернадським, В. Ковдою, Г. Добровольським і Є. Нікітіним).

Разом з тим, В. Медведев (2004) деградації ґрунтів пропонує диференціювати за типами, в основу визначення яких покладено провідний процес, що обумовлює негативні зміни у ґрунті (таблиця 5). Кожен з визначених процесів деградації характеризують за розповсюдженістю (якісна і кількісна оцінка), екологічними й економічними наслідками, інтенсивністю (швидкістю) змін, а також схильністю ґрунтів до подальших деградаційних змін.

Фізичні деградації виражаються у погіршенні комплексу фізичних властивостей ґрунту і розвиваються всюди, де застосовуються надмірні навантаження механічного, хімічного, фізико-хімічного, водного або біологічного характеру. Фізична деградація може бути обумовлена також різними природними факто- рами і розвиватися в умовах природних біогеоценозів в результаті зміни кліматичних умов, природних процесів вивітрювання, денудації, ерозії, опустелювання і т.д.

Фізичні деградації ґрунтів можуть обумовлюватись різного роду катастрофічними процесами природного та антропогенного характеру. Крайнім ступенем фізичної деградації є повне знищення ґрунту як природного тіла, аж до стану гірської породи або (в ландшафтному плані) до стану девастованої (безжиттєвої) пустелі.

Механічні порушення ґрунту, що призводять до фізичного руйнування всього ґрунтового профілю або його частини, можуть бути викликані різними формами природних і антропогенних впливів з широким спектром дії і різною реакцією на них кожної конкретної ґрунтової відміни.

Для оцінки фізичних деградаційних процесів у ґрунтах В.В. Медведев пропонує використовувати інтегральний показник − індекс фізичного стану ґрунту, для розрахунку якого використовують показники щільності будови, структурно- агрегатного складу, найменшої вологоємності, пористості, діапазону активної вологи.

Для кожного із названих показників розраховують співвідношення між фактичними і теоретично оптимальними (щодо вимог рослин) параметрами, за якими і визначають індекс фізичного стану ґрунту як середню геометричну величину.

Таблиця 1 ‒ Типологія деградацій ґрунтів (за В.В. Медведєвим та ін., 2004)

Найбільш поширеним видом фізичної деградації ґрунту є ерозія ˗ сукупність взаємопов'язаних процесів відриву, перенесення і відкладення ґрунту (іноді материнської і підстилаючої породи) поверхневим стоком тимчасових водних потоків і вітром (Кузнецов, Глазунов, 1996, Світличний, 2009). Поширення ерозій- них процесів на поверхні Землі набуває катастрофічного характеру. Причини поширення ерозії ґрунтів досить різноманітні. Їх можна розподілити за п'ятьма групами так званих факторів ерозії: кліматичні, топографічні, ґрунтові, біогенні та антропогенні.

При аналізі впливу чинників ерозії ґрунтів на інтенсивність ерозійних про- цесів слід мати на увазі, що вона залежить від співвідношення еродуючих впли- вів потоку води і крапель дощу (або вітрового потоку) і здатності ґрунту чинити опір цим діям, тобто від її протиерозійної (або протидефляційної) стійкості.

Величини еродуючого впливу водного і повітряного потоків залежать на- самперед від їх швидкостей. Так, швидкість водного потоку визначається глибиною, ухилом і шорсткістю русла, а в разі повітряного потоку - величинами баричного градієнта і шорсткості поверхні. У свою чергу протиерозійна і протидефляційна стійкість ґрунтів залежить від розміру водотривких агрегатів і грудкуватості сухого ґрунту, а також від зчеплення їх один з одним. Безпосередній вплив на інтенсивність ерозійних процесів обумовлюють наступні фактори:

•          кліматичні - інтенсивність і тривалість дощу або сніготанення, темпера- тура повітря, швидкість, напрямок і час прояву вітру;

•          топографічні - довжина, крутизна, форма, експозиція і розчленованість схилів, площа водозбору і глибина місцевого базису ерозії, характер рельєфу (горбиста, наявність вітрових коридорів тощо);

•         властивості ґрунту - водопроникність, протиерозійна стійкість (здатність ґрунту чинити опір змиваючій дії води або здувній дії вітру), що залежить від водотривкості структури, міжагрегатного зчеплення і щільності агрегатів;

•          біогенні чинники - створення ґрунтовими безхребетними мережі нірок і пор, оструктурення ґрунтів, захисна роль рослинності, що виявляється у зниженні швидкості вітру і впливу на температурний і водний режим ґрунту.

Вплив господарської діяльності людини на процеси ерозії важко переоцінити. Дія цього фактору виявляється опосередковано, через інші чинники ерозії ґрунтів. У процесі господарської діяльності людина докорінно змінює співвідношення факторів ерозії ґрунтів, причому остаточний ефект цього впливу буває несприятливим, що супроводжується прискоренням розвитку ерозії ґрунтів.

Прискорена ерозія ґрунтів в сучасних умовах найчастіше буває наслідком нераціональної господарської діяльності. Її причинами можуть бути як відсутність науково обґрунтованих рекомендацій з раціональної господарської діяльності, так і невиконання наявних рекомендацій.

Хімічні деградації обумовлюють зміну багатьох ґрунтових властивостей внаслідок різних причин природного та антропогенного походження. Усі фактори та причини хімічної деградації поділяють на дві групи. Перша з них охоплює зміни у ґрунтах, викликані недосконалими, науково необґрунтованими агротехнологічними і меліоративними процесами, друга обумовлена хімічним за- брудненням ґрунтів промисловими виробництвами, функціонуванням транспорту та поселеннями людини. Незважаючи на складність та певну умовність такого поділу, це дозволяє виявити причини і механізми хімічної деградації, а отже, і заходи боротьби з ними.

Біологічні деградації (деградації біологічних властивостей ґрунтів). Процеси деградації біологічних властивостей ґрунтів пов'язані з визначальною роллю ґрунтової біоти в функціонуванні ґрунтів. Ґрунтові організми забезпечують здійснення багатьох екологічних функцій ґрунтів, у тому числі певні етапи кругообігу біогенних елементів, вони ж підтримують у ґрунті гомеостаз за багатьма її властивостям. За будь-яких видів деградації ґрунтів першими на них реагують саме організми. З одного боку вони прагнуть завдяки зміні своєї активності підтримати рівновагу, з іншого − першими страждають від порушень.

Комплекс ґрунтових організмів (біота) більш стійкий функціонально, ніж структурно. Тому в першу чергу порушується біорізноманіття, відбувається його збіднення, йде перегрупування популяцій, змінюються домінуючі і часто зустрічаються види, деякі види взагалі зникають, можуть з'являтися і нові види, часто шкідливі. При дії деградаційних факторів розрізняють чотири зони з різними змінами складу біоти: зона гомеостазу з нормальним складом організмів; зона стресу з перебудовою в кількісних співвідношеннях видів, але без зміни якісного складу; зона розвитку резистентних організмів; зона репресії.

Збереження стабільності і нормального функціонування біоти забезпечу- ється величезним мікробним пулом, що відрізняється як разюче великим загальним запасом мікроорганізмів (мікробної біомасою), так і величезним якісним розмаїттям (мікробним генофондом), оснащеним тисячами ферментів, тобто, здатним проводити тисячі біохімічних реакцій, які не можуть проходити суто хімічним шляхом або йдуть вкрай повільно.

У складі пулу більшість організмів знаходиться в стані анабіозу і виходить з нього у разі необхідності проведення корекції у функціонуванні біоти. Зі зменшенням пулу мікроорганізмів і його різноманітності відбуваються і функціональні порушення, наприклад здатності до азотфіксації, гумусо- і структуроутворення, гіпертрофуються такі функції, як швидкість розкладання органічної речовини, нітріфікаційна і денітріфікаційна здатність. З'являються нові негативні властивості, наприклад поява потенційних патогенів, алергенів і фітопатогенів, утворюються фітотоксичні речовини. У деяких випадках спостерігається деградація мікробного комплексу через забруднення його сторонніми неґрунтовими організмами, наприклад фекальними або мікробами з мікробіологічних виробництв (антибіотиків, білково-вітамінних концентратів, ферментів і деяких хімікатів).

Ґрунтові організми страждають від усіх видів деградації. При вітровій або водній ерозії ґрунтів вони частково або майже повністю зникають, причому для їх відновлення потрібне відновлення самого ґрунту. Ґрунтові організми особливо різко реагують на деградацію хімічного стану ґрунтів. Будь-які хімічні зміни ведуть до зміни біоти. Особливо сильно позначається забруднення важкими металами, пестицидами, підкислення ґрунтів, зменшення вмісту гумусу і т.д. У всіх випадках відбувається деградація комплексу ґрунтових організмів. Однак організми є і потужним чинником боротьби з хімічною деградацією ґрунтів, так як вони можуть очищати ґрунт від нафти і пестицидів, сприяти утворенню органо- мінеральних сполук, що містять важкі метали і або сприяти пересуванню їх вниз по ґрунтовому профілю, або зв’язування їх у плівки та агрегати, де вони не можуть проявляти своєї токсичної дії. Здатність мікроорганізмів до метилювання важких металів і деяких інших елементів призводить до їх видалення з ґрунту у вигляді летючих сполук. Ґрунтові організми здатні руйнувати всі шкідливі при- родні органічні сполуки і більшість токсичних штучних органічних речовин.

Фізична деградація ґрунтів, особливо ущільнення і руйнування ґрунтової структури, а також зміна водного режиму призводить до розбалансування мікробіологічних процесів, панування анаеробних умов, розвитку денітрифікації, утворення токсичних речовин, корінної зміни ґрунтової біоти.

Таким чином деградація біологічних властивостей ґрунтів завдає небезпечної і багатосторонньої екологічної шкоди як для ґрунтів, так і для біосфери в цілому.

Деградація під впливом гідрологічного фактора. Гідрологічний фактор деградації ґрунтів обумовлений несприятливою трансформацією їх водного режиму, викликаного неадекватним застосуванням гідротехнічних, меліоративних, дорожньо-будівельних і інших індустріальних заходів.

Зміна водного режиму може викликати заболочування (у тому числі вторинне), засолення, прискорене розкладання органічної речовини, пірогенне знищення осушених торф'яних ґрунтів, інтенсивне вилучення з кореневмісного шару гумусових речовин, міді, магнію, заліза, алюмінію, марганцю, збільшення потужності підзолистого горизонту, посилення процесів оглеєння, ущільнення і дезагрегування ґрунтів та інші деградації. Ці явища призводять до зміни морфології ґрунтового профілю, впливають на інтенсивність тих чи інших елементарних ґрунтових процесів і, як наслідок цього, змінюють класифікаційне положення ґрунтів, структуру ґрунтового покриву і, отже, знижують родючість ґрунтів.

2. Класифікація деградацій грунту.

3. Характеристика основних видів деградацій грунту.

Фізична деградація характеризується порушенням структури ґрунтів, переущільненням кореневмісного шару внаслідок недосконалого обробітку земель. Проявом цього виду деградації є кольматація, кіркоутворення, порушення структури. Результатом погіршення водно-фізичних властивостей ґрунтів є зниження фільтраційної здатності, шпаруватості та аерації, утворення “ущільненої підошви”.

Механічна деградація ґрунтів в основному діагностується за порушенням цілісності ґрунтового покриву. Вона спричиняється водно- та вітроерозійними процесами, під впливом яких зменшується потужність гумусового шару аж до повного руйнування ґрунту, ґрунтотвірних та підстилаючих порід (дефльовані, змиті та розмиті ґрунти, виходи порід). До цього виду деградації ґрунтів можна віднести і техногенні утворення: промислові відвали, рекультивовані землі, а також постійне винесення поживних елементів ґрунту з урожаєм сільськогосподарських культур.

Біологічна деградація діагностується за показниками фітосанітарного стану ґрунту: забруднення вірусами, патогенною мікрофлорою, гельмінтами. Внаслідок цих процесів, пов’язаних з біологічною деградацією, відбувається погіршення фітосанітарного стану ґрунту, зменшення його біологічної активності.

Можливе також накопичення токсичних для рослин і тварин речовин. Найчастіше причинами, які викликають біологічну деградацію, є недотримання чергування культур в сівозмінах, застосування у високих дозах хімічних засобів захисту рослин, порушення водного, теплового і повітряного режиму ґрунту внаслідок його неправильного обробітку. Ще одним негативним проявом цього виду деградації є уповільнення процесів гумусоутворення і прискорення мінералізації ґрунту, що значно зменшує його родючість.

Гідромеліоративна деградація земель меліоративного фонду (осушених і зрошуваних). Її діагностують за ознаками підтоплення, заболочення, підкислення, злитизації, засолення, осолонцювання, спрацювання торфового шару, озалізнення, гідрофобізації органогенних та переосушення легких мінеральних ґрунтів.

Фізико-хімічна деградація ґрунтів зумовлюється змінами в реакції ґрунтового середовища, ємності вбирання ґрунтом, кількісним та якісним складом увібраних основ.

Для визначення різних видів деградованих ґрунтів розроблені основні діагностичні критерії, що характеризують ступінь деградації ґрунтів. Принципом встановлення оцінних показників для деградованих ґрунтів є кількісне порівняння природно-господарської значущості деградованих ґрунтів і їх недеградованих аналогів.

Критерієм встановлення оціночних показників для деградованих ґрунтів є визначення і вираження в кількісних величинах значущості відхилень у властивостях деградованих ґрунтів, що визначають їх природно-господарську значущість, відхилень у властивостях відносно до аналогічних недеградованих ґрунтів (таблиця 8).

Оцінка природно-господарської значущості земель проводиться за рівнем участі ґрунтового покриву в забезпеченні існування і функціонування екосистем в даному ландшафті (екологічний критерій) і за можливістю ефективного використання земель в системі землекористування (господарський критерій)

Для оцінки міри деградації ґрунтів і земель пропонується використати градації показників стану ґрунтів, характерні для окремих типів деградації і уніфіковані за рівнями втрати природно-господарської значущості земель, наведе- ними в таблиці3.4. У випадку, якщо різні типи деградації мають аналогічні показники, визначення їх значень проводяться для діагностики кожного типу деградації з урахуванням специфіки конкретного процесу відповідно до переліку можливих типів деградації.

Деградація ґрунтів і земель за кожним показником характеризується п'ятьма ступенями:0 - недеградовані (непорушені); 1 - слабкодеградовані; 2 - середньодеградовані; 3 - сильнодеградовані, 4 - дуже сильнодеградовані (зруйновані).

Таблиця 1 ‒ Стан ґрунтового покриву і можливості господарського викори- стання земель відповідно до їх природно-господарської значущості

Визначення ступенів деградації здійснюється за показниками, наведеними у таблиці 2.

Таблиця 2 ‒ Оціночні показники для визначення ступеня деградації

ґрунтів і земель

Встановлення ступеня деградації ґрунтів можливе за будь-яким із запропонованих показників. При наявності двох і більше істотних змін показників оцінка ступеня деградації ґрунтів і земель здійснюється за показником, що встановлює максимальний ступінь. При виділенні високого і катастрофічного рівнів втрати природно-господарської значущості земель додатково оцінюється весь комплекс умов природного середовища загалом.

Залежно від ступеня деградації ґрунтів і земель вводиться спеціальний ре- жим їх використання, проводиться зміна цільового призначення або їх консервація. Рекомендації по відновленню і використанню деградованих ґрунтів і земель (або їх консервації) повинні мати аргументоване обґрунтування. При цьому можуть розглядатися декілька альтернативних варіантів.

Консервації підлягають землі третього і четвертого ступеня деградації з сильноеродованими, сильнозасоленими, сильнозаболоченими (внаслідок підтоплення або порушення екологічних вимог) ґрунтами, схильними у великій мірі до спустелювання, землі, що мають просади поверхні внаслідок видобутку корисних копалин, пасовища з сильно порушеним ґрунтово-рослинним покривалом, коли використання за цільовим призначенням земель з вказаними ознаками де- градації приводить до подальшого розвитку негативних процесів, погіршення стану ґрунтів і екологічної обстановки. Таким чином, система оцінки ступеня деградації ґрунтів є основою раціонального і економічно безпечного використання земель в умовах антропогенного натиску.